[实用新型]容错运行的风力发电机组的模块化功率变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电机和容错控制技术领域，具体涉及一种容错运行的风力发电机组的模块化功率变换器。

背景技术

风力发电是当前最具大规模发展潜力的可再生能源，各个国家均已投入了巨额资金竞相研究开发，并积极推进产业化进程，大力开拓市场应用。

由于风力资源分布的特点，风力发电设备多安装于地理和气象条件较恶劣的郊区或市区中的地势高处。一旦设备安装完毕，机组的运行管理和检修维护极不方便，为此，提高风力发电机组的连续可靠运行能力是风力发电设备研发制造领域的一项重要技术。由于风力发电机是风力发电设备中的核心部件之一，因此，其可靠运行和容错运行能力尤为重要。

目前，用于风力发电系统的发电机主要有三相交流发电机、永磁无刷直流发电机和开关磁阻发电机。三相交流发电机（如永磁同步、电励磁同步、双馈异步、鼠笼异步、绕线异步等）和直流永磁发电机，采用分布式对称绕组结构，当某一相绕组发生断路或短路故障，或某一相功率变换器发生故障时，气隙磁场畸变，从运行机理上导致发电机失控，无法达到如最大风功率跟踪控制等风力发电的基本控制目标，如果不及时停机，其严重的转矩颠簸必然会损坏机械设备。开关磁阻发电机采用对称集中绕组，当某一相绕组发生断路或短路故障，或某一相功率变换器发生故障时，虽然可以缺相容错运行，但其固有的齿槽脉动和不平衡径向磁拉力特性会被放大，发电转矩产生周期性的严重脉动，极易导致风轮机及其辅助机械设备的损坏和机组的不安全。

因此，从提高可靠性指标角度来讲，避免传统分布式对称绕组结构的发电机无法缺相运行，以及开关磁阻发电机大转矩脉动的不足，研究设计一套具有容错运行能力和低转矩脉动的风力发电机及其驱动控制系统具有良好的工程和经济意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构合理，工作性能好的容错风力发电机。

本实用新型的技术解决方案是：

一种容错运行的风力发电机组的模块化功率变换器，其特征是：包括有m个H桥单相正弦逆变电路；每个H桥单相正弦逆变电路均通过2个电气可控开关分别与直流母线正极和负极相连接；每个H桥单相正弦逆变电路均通过1个电气可控开关与容错风力发电机的1个发电绕组相相连接。

本实用新型结构合理，工作性能好；可以根据设备电气故障判别与指示器指示出的故障绕组相的编号及其对应的故障类型，进行在线不停机检修。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为模块化功率变换器结构图。

图2为使用本实用新型的系统总体结构图。

图3为容错风力发电机的剖面结构图。

图4为全风速最优转矩外环控制器的控制原理图。

具体实施方式

一种容错运行的风力发电机组的模块化功率变换器，包括有m个H桥单相正弦逆变电路；每个H桥单相正弦逆变电路均通过2个电气可控开关分别与直流母线正极和负极相连接；每个H桥单相正弦逆变电路均通过1个电气可控开关与容错风力发电机的1个发电绕组相相连接。

具体参见附图1，容错风力发电机的集中发电绕组相4，通过电气可控开关13，与模块化功率变换器的H桥单相正弦逆变电路8相连接。模块化功率变换器的H桥单相正弦逆变电路8通过电气可控开关11与母线正极9相连，通过电气可控开关12与母线负极10相连。模块化功率变换器的H桥单相正弦逆变电路8的个数与容错风力发电机的集中发电绕组相的个数相同。模块化功率变换器，可以根据设备电气故障判别与指示器指示出的故障绕组相的编号及其对应的故障类型，进行在线不停机检修。

参见附图2，使用本实用新型的一种容错运行的风力发电机组主要由风轮机、容错风力发电机、模块化功率变器、多传感器信号检测器、设备电气故障判别与指示器、全风速最优转矩外环控制器、容错决策内环控制器、逻辑切换与脉宽调制驱动器等部分组成。

参见附图3，容错风力发电机主要由定子1、在定子圆周内径上的m个定子电磁隔离齿2、在定子圆周内径上的m个定子电枢发电齿3、m个绕在定子电枢发电齿3上的集中发电绕组相4、转子5、表贴在转子外径上的正弦永磁体阵列6组成。m个定子电磁隔离齿2和m个定子电枢发电齿3在定子圆周空间里，均匀等间隔交错排列，其末端均具有极靴7结构，以获得较好的磁场正弦化分布特性；m个定子电磁隔离齿2上均不绕装绕组；图3中，m=8。根据电机学原理，在定子电磁隔离齿2的作用下，各发电绕组相4之间的电磁耦合干扰很小，可以实现各发电绕组相4的独立控制。